與冷泉相關(guān)的塊狀甲烷水合物是非常規(guī)天然氣資源開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)之一。為了了解其分解動力學(xué)特征以便于制訂合理的開發(fā)方案,利用高壓差示掃描量熱儀實(shí)驗(yàn)測試了塊狀甲烷水合物的生成與分解過程,將分解的吸熱效應(yīng)與分解速度相關(guān)聯(lián),分析不同環(huán)境下塊狀甲烷水合物分解瞬時速度和平均速度的變化特征,然后,基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用經(jīng)典的甲烷水合物分解動力學(xué)模型計(jì)算得到不同壓力下甲烷水合物分解活化能,進(jìn)而評價(jià)分解表面積、溫度、壓力和礦化度等因素對甲烷水合物分解速度的影響。研究結(jié)果表明:①隨著壓力升高,甲烷水合物分解活化能逐漸增大,在此次實(shí)驗(yàn)測試條件下其數(shù)值介于27.5～28.5 kJ/mol;②在去離子水溶液中,甲烷水合物的分解瞬時速度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,在分解早中期其累計(jì)分解物質(zhì)的量隨時間的變化關(guān)系呈指數(shù)函數(shù)形式增長,后期則呈緩慢線性增長;③在孔隙水溶液中,甲烷水合物的分解瞬時速度也呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢,但較之于去離子水溶液,孔隙水溶液中甲烷水合物的分解瞬時速度峰值出現(xiàn)的時間較晚,孔隙水溶液礦化度對水合物分解速度的促進(jìn)作用弱于溫度的影響;④對影響去離子水溶液中塊狀甲烷水合物分解速度的因素按照影響程度由大到小排序... 

【文章來源】：天然氣工業(yè). 2020,40(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

μDSC7型高壓差示掃描量熱儀實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖2為一組甲烷水合物分解過程的典型差示掃描量熱曲線：在高壓樣品池內(nèi)溫度按照一定上升速率線性增長，相應(yīng)的熱流曲線具有兩個吸熱峰，分別對應(yīng)冰融化吸熱峰（A峰）和甲烷水合物分解吸熱峰（B峰）。每次實(shí)驗(yàn)水合物生成過程的溫度均降至-40℃，高壓池內(nèi)僅包含甲烷水合物和冰兩種固態(tài)物質(zhì)。單位質(zhì)量冰融化對應(yīng)的相變潛熱為331.36 J/g，冰融化的吸熱量可以通過計(jì)算熱流曲線峰面積（藍(lán)色A峰的面積）獲得，進(jìn)而可得到每次實(shí)驗(yàn)冰的總物質(zhì)的量。高壓池內(nèi)液體總質(zhì)量可通過天平精確稱量獲得，因此可計(jì)算出甲烷水合物轉(zhuǎn)化率，如式（1）所示。標(biāo)準(zhǔn)情況下，1 mol甲烷水合物中甲烷分子與水分子的比例（水合指數(shù)）是1∶5.75，實(shí)際樣品中甲烷在晶格內(nèi)的填充率會略低于理論值，一般取水合指數(shù)為6。實(shí)驗(yàn)生成的甲烷水合物物質(zhì)的量根據(jù)式（2）可以計(jì)算得到。式中α表示甲烷水合物轉(zhuǎn)化率；Qice表示冰分解熱，J;m表示溶液質(zhì)量，g。

針對去離子水溶液，為了分析溫度、壓力對水合物分解動力學(xué)行為的影響，選取6組相同變溫速率（0.5 K/min）、不同壓力下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比研究。如圖3所示，各輪次實(shí)驗(yàn)中甲烷水合物的分解速度均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；由于壓力越高，形成的塊狀甲烷水合物物質(zhì)的量越大，在分解時的受熱面積則越大，因而甲烷水合物的分解速度越快。由于不同時間范圍內(nèi)熱流峰面積與水合物分解物質(zhì)的量成正比，繪制出水合物累計(jì)分解物質(zhì)的量與時間的關(guān)系曲線，求取該曲線的斜率即得到水合物平均分解速度[18-19]。如圖4所示，在甲烷水合物分解早中期其累計(jì)分解物質(zhì)的量隨時間的變化呈指數(shù)函數(shù)形式增長，至后期則轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛�性增長，該變化趨勢在最終甲烷水合物累計(jì)分解物質(zhì)的量較大的情況下更加明顯。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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